CN109056069A - 一种基于PVT法生长sic的方法 - Google Patents

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    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
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Abstract

本发明公开了一种基于PVT法生长sic的方法，包括以下步骤：一种基于PVT法生长sic的方法，包括：(a)在生长坩埚内部以间隔关系提供SiC籽晶和SiC源材料；(b)在生长坩埚中建立其中SiC晶体PVT生长的起始条件，所述起始条件包括：(1)生长坩埚内的合适气体，(2)生长坩埚内合适的气体总压力(3)生长坩埚中的合适温度，使SiC源材料升华并通过生长坩埚中的温度梯度输送到SiC晶种，其中升华的SiC源材料沉淀形成生长的SiC晶体；该方法的使用晶体生长具有最小化的应力，所述合成温度的范围为1800℃‑2500℃；导致缺陷减少，有效避免了晶体生长过程中螺旋位错和基面位错。

Description

一种基于PVT法生长sic的方法
技术领域
本发明涉及SiC晶体生成技术领域，特别涉及一种基于PVT法生长sic的方法。
背景技术
碳化硅是用于开发和制造新一代SiC和GaN半导体器件的重要宽带隙材料。虽然基于GaN的器件旨在用于微波频率的操作，但是基于SiC的器件旨在实现有效的功率切换。其他应用也被设想并且正在出现。碳化硅用作晶格匹配的衬底材料，以生长SiC和GaN的外延层。为了生产低缺陷外延层和高质量器件，衬底必须具有良好的晶体质量，包括低位错密度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于PVT法生长sic的方法，以解决现有技术中SiC晶体生成方法生成晶体时容易发生螺旋位错和基面位错的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于PVT法生长sic的方法，包括以下步骤：
通过升华生长SiC单晶的最常用技术是物理气相输送(PVT)技术；
多晶SiC颗粒放置在石墨生长坩埚的底部，并且SiC晶种连接到坩埚的石墨盖或顶部，加载的坩埚被加热到1800到2500之间的生长温度。C.通过电阻加热器(电阻加热)或RF线圈12(感应加热)。在坩埚内部存在低压(1-200Torr)惰性气体如氦气或氩气的情况下，升华源材料与籽晶之间建立温差，由此源材料的温度较高比晶种。在这些条件下，源材料升华并用由携带硅和碳的挥发性分子物质(例如SiC2，Si2C和Si)组成的蒸汽填充坩埚的内部。在温度梯度的驱动下，这些物质在从升华源材料到晶种的方向上通过气相扩散。由于晶种的温度较低，产生过饱和，导致蒸汽在晶种上凝结，并且其上生长SiC单晶。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的优选实施例一提供了一种基于PVT法生长sic的方法，包括以下步骤：
S1、多晶SiC颗粒放置在石墨生长坩埚的底部
S2、SiC晶种连接到坩埚的石墨盖或顶部，加载的坩埚被加热到2000到2400之间的生长温度。
S3、通过电阻加热器(电阻加热)或RF线圈(感应加热)。在坩埚内部存在低压(1-200Torr)惰性气体如氦气或氩气的情况下，升华源材料与籽晶之间建立温差，由此源材料的温度较高比晶种。
S4、源材料升华并用由携带硅和碳的挥发性分子物质(例如SiC2，Si2C和Si)组成的蒸汽填充坩埚的内部。
S5、在温度梯度的驱动下，这些物质在从升华源材料到晶种的方向上通过气相扩散。由于晶种的温度较低，产生过饱和，导致蒸汽在晶种上凝结，并且其上生长SiC单晶
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：该方法的使用晶体生长具有最小化的应力，导致缺陷减少，有效避免了晶体生长过程中螺旋位错和基面位错。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于PVT法生长sic的方法，包括：(a)在生长坩埚内部以间隔关系提供SiC籽晶和SiC源材料；(b)在生长坩埚中建立其中SiC晶体PVT生长的起始条件，所述起始条件包括：(1)生长坩埚内的合适气体，(2)生长坩埚内合适的气体总压力，(3)生长坩埚中的合适温度，使SiC源材料升华并通过生长坩埚中的温度梯度输送到SiC晶种，其中升华的SiC源材料沉淀形成生长的SiC晶体；(c)在SiC晶体生长期间多次间歇地改变生长坩埚内的下列生长条件中的至少一种；
2.根据权利要求1所述的方法，其中，对于间歇地改变的每个实例，所述时间段是相同的或不同的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：步骤(b)中的合适气体包括以下中的至少一种：氦气，氩气和氢气；步骤(c)中的掺杂气体是氮气。
4.根据权利要求1所述的方法，其中：步骤(b)中的合适的总气压是1托和200托之间的第一压力；在步骤(c)中改变气体压力包括将总气体压力从第一压力增加到1托和200托之间的第二压力。
5.如权利要求1所述的方法，其中：步骤(b)中的合适温度是1800℃-2500℃；并且在步骤(c)中改变温度包括在1800℃之间将温度从第一温度升高或降低到第二温度2400℃.
6.根据权利要求1所述的方法：生长坩埚设置被引入到其中的气体的腔室的内部；生长坩埚由对气体可渗透的材料组成。
7.如权利要求6所述的方法，其中：所述腔室由熔融石英组成；生长坩埚由石墨组成。
8.一种基于PVT法生长sic的方法，包括：(a)提供具有多晶SiC源材料和SiC籽晶的生长坩埚，所述SiC晶种以间隔关系设置；(b)加热生长坩埚的内部，使得在SiC源材料和SiC晶种之间的生长坩埚中形成温度梯度，将SiC源材料加热到升华温度，并且温度梯度足以引起升华将SiC源材料输送到SiC晶种，其中升华的SiC源材料沉淀在SiC籽晶上以形成生长的SiC晶体；(c)使气体流入生长坩埚，促进升华的SiC源材料向SiC晶种的输送和升华的SiC源材料在SiC晶种上的沉淀；(d)在将升华的SiC源材料输送到SiC晶种和SiC晶种上升华的SiC源材料的沉淀过程中多次，从起始条件改变下列中的至少一个然后返回改变的条件回到其起始条件：掺入气体的量包括流入生长坩埚的气体，生长坩埚中的气体的总压力，以及温度梯度的最低和最高温度中的至少一个。
9.根据权利要求8所述的方法，其中：从起始条件改变包括流入生长坩埚的气体的掺杂剂气体的量包括增加或减少流入生长坩埚的气体中的掺杂剂气体的量，从而导致至少下列之一：生长晶体的电导率的变化，生长晶体的可见颜色的变化，或生长晶体的晶格参数的变化；并且，将包含流入生长坩埚的气体的掺杂剂气体的量的变化返回到其起始条件，包括分别减少或增加流入生长坩埚的气体中的掺杂剂气体的量。其中：掺杂剂气体是氮；步骤(c)的气体包括下列中的至少一种：氦气，氩气和氢气。
10.根据权利要求8所述的方法，其中：从起始条件改变所述生长坩埚中的温度梯度的最低和最高温度中的至少一个包括升高最低温度，最高温度或两者的温度；并且将生长坩埚中的温度梯度的最低温度和最高温度中的至少一个的变化返回到其起始条件包括将最低温度，最高温度或两者的温度降低回温度。在所述变化的开始。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102596804A (zh) * 2009-09-15 2012-07-18 Ii-Vi有限公司 SiC单晶的升华生长
US8871025B2 (en) * 2006-09-27 2014-10-28 Ii-Vi Incorporated SiC single crystals with reduced dislocation density grown by step-wise periodic perturbation technique
CN105189835A (zh) * 2013-02-05 2015-12-23 道康宁公司 减少通过升华(pvt)生长的SiC晶体中的位错的方法

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